高速播种机玉米姿控驱导式排种器设计与试验

针对机械式玉米排种器在播种机高速作业条件下排种精度下降且性能不稳定的问题,提出利用调姿齿与单元型孔对玉米种子充种姿态进行调控的技术思路,设计了一种姿控驱导式精量排种器,采用双侧种盘对置、单列排种结构布局,降低工作转速同时提高排种均匀性。完成了关键零部件的结构参数设计,分析了种子姿态调整原理,通过单因素试验与正交旋转组合试验获取排种器的最优参数组合,并开展排种性能对比试验。结果表明：调姿齿齿型为线型时,排种合格率提升效果最优,较无调姿齿可提升29.1个百分点;排种器的最优参数组合为：工作转速16.7r/min,型孔外壁面倾角46.9°与型孔圆角半径4.5mm,该条件下合格率、漏播率和重播率分别为91.6%、2.8%与5.6%;在作业速度8~14km/h范围内,排种器的合格率均高于90%,漏播率均低于3%,重播率均低于8%,破损率均低于0.5%,粒距均匀性变异系数均低于19%,且排种效果优于无姿态调控排种器与勺轮式排种器,满足玉米精量播种的技术要求。     

中草药三七气吸滚筒式精密排种器的设计与试验

因中草药三七种植属于密集型精密种植模式,尚无满足种植要求的播种机,为解决三七机械化精密播种问题,研究设计了一种气吸滚筒式精密排种器。该文阐述了三七气吸滚筒式精密排种器的工作原理,确定了其主要结构参数,构建了充种和投种过程种力学模型。以云南文山三七种子为播种对象,采用二次旋转正交组合试验方法,对排种器进行了排种性能试验研究,并通过投种对比试验验证了零速投种的必要性。建立了负压、前进速度、吸种角度3个主要因素与合格率、漏播率、重播率的数学模型,分析了各个因素及交互作用对合格率的影响规律,并进行了参数优化与验证试验。影响排种合格率的因素主次顺序为负压、前进速度和吸种角度;确定最佳参数组合为吸种角度为20°,负压值660~720 Pa,前进速度在0.72~0.76 m/s,可获得合格率大于90.2%,漏播率小于4.9%,重播率小于5.3%。经试验验证,试验结果与优化结果基本一致,满足三七精密播种的种植要求。试验结果表明此种气吸滚筒式精密排种器对于三七种子具有很好的播种适应性。该研究为应用于田间阴棚内播种的气吸滚筒式精密排种器的设计提供了参考。     

滚轮圆刷式三七精密排种器的仿真分析与试验验证

为实现三七种子的精量播种,针对三七种子形状不规则、含水率较高易造成种子流动性差和不易充种的问题,设计了一种滚轮圆刷式三七精密排种器,阐述了其基本结构和工作原理,分析了型孔的形状和大小对充种的影响;为实现零速投种,对护种板安装角度进行了分析;研究了充种区种子的受力情况,建立了圆刷滚轮接触区内三七种子运动方程.对圆刷滚轮接触区内三七种子的运动情况进行了仿真分析,其结果与理论计算值基本一致.选取型孔轮转速、型孔直径和型孔深度为试验因子,以粒距合格指数、重播指数和漏播指数为评价指标,采用3因子3水平正交设计方法进行排种器台架试验.结果表明:型孔轮转速20r/min、型孔深度7mm、型孔直径8.5mm为较优组合,此时的粒距合格指数可以达到93.17%,重播指数为3.40%,漏播指数为3.43%,达到了三七种子精密播种的要求.     

三七气吸滚筒式排种器充种性能模拟与试验

为了提高气吸滚筒式排种器充种性能,以云南文山三七种子为研究对象,采用DEM-CFD耦合方法,以种子平均法向力方差和供种高度为指标,对气吹风压、振动频率、振动角度分别进行数值模拟,并对上述因素进行单因素试验,试验现象及效果与仿真分析结果一致。结果表明:气吹风压可以打破种群原有的稳定状态,从而降低种子瞬态的法向力即减小内摩擦力;振动频率增加种子平均法向力方差,即对种子的扰动性增强;合适的振动角度可以有效提高供种高度。减小内摩擦、增强种群扰动性、提高供种高度均可有效提高排种器充种性能。为寻找最佳参数组合,采用三因素五水平正交试验方法,对排种器排种性能进行试验,并对试验结果进行优化与验证。结果表明:在振动频率85 Hz、气吹风压3 k Pa、振动角度45°时,效果最佳,试验指标合格指数、漏播指数、重播指数可达93.02、1.42、5.56。     

气送式玉米高速精量排种器供种系统设计与试验

针对气送式玉米高速精量排种器进行高速精量播种时排种器内存种量波动较大,无法维持最佳作业状态的问题,提出通过改进供种装置结构、优化供种控制模型的技术思路。设计了一种智能供种系统,采用可替换轮片的新型供种轮结构和以正弦函数为基础的波动变量供种方式,根据供种效果实时调节供种速度波动幅度,从而使排种器内的存种量保持在较好区间,确保排种器在较高作业性能下进行持续性工作。对关键零部件进行了结构参数设计,通过离散元仿真和台架试验获取并验证了不同结构的供种轮较优工作区间,同时对波动变量供种模型性能进行了试验验证。试验结果表明,新型供种轮能够通过改变自身结构在供种速度250~1500g/min范围内将供种速度变异系数保持在20%以下。优化后新型波动变量供种控制模型将使供种速度以波动变量供种的方式进行平滑变化,在供种速度500~1500g/min范围内围绕供种需求进行100g/min左右幅度的波动供种,满足玉米精量播种的技术要求。     

三七种子的物理机械特性试验

测定了不同含水率的三七种子的三轴尺寸、密度、内摩擦角、休止角以及与不同材料间的静、动滑动摩擦角和漂浮速度。结果表明:三七种子长、宽、高范围分别为5.2~7.2 mm、4.8~6.8 mm和4.0~6.0 mm;平均直径为5.62 mm,球度为90.86%,近似球体;三七种子的密度随含水率的下降逐渐减小,且与含水率呈线性相关;种子内摩擦角、休止角、滑动摩擦角皆随含水率下降呈先减小,再增大,后减小的趋势;种子平均漂浮速度为5.77~8.96m/s,平均漂浮速度与种子含水率呈正相关。     

气吸式排种器卸种机构设计与试验

为解决气吸式排种器因吸孔堵塞、种盘振动较大导致的漏播问题和气流扰动引发的投种不均匀现象,优化设计了卸种机构。改进了卸种机构安装位置,确保排种器在携种区能够对种子有较好的吸附作用,防止飞种,同时减少碰撞和弹跳,使得种子在携种区气室末端脱落的概率相比于改进前降低了1.67%。推导出一种适用于卸种轮和种盘之间配合的齿面曲线,并通过ADAMS仿真的方式,提取啮合力、径向力和轴向力3个指标,模拟验证了卸种轮齿设计的合理性,表明该曲线方程适用于不同种盘和吸孔数卸种轮的设计,其啮合平稳可靠,具有良好的通用性。以卸种机构、前进速度和负压为因素进行3因素试验,通过分析不同速度下卸种机构和负压之间的差异性和试验整体方差,确定了影响合格指数、重播指数、漏播指数的关键因素。选取优化后的新卸种机构进行回归分析,通过回归方程得出所设计排种器在10、12、14 km/h作业速度下的最佳作业参数,并进行了试验验证。结果表明:新卸种机构能够有效提高合格指数、降低高速作业漏播指数和粒距变异系数,在作业速度为10~14 km/h、负压为3.43~3.81 k Pa时,合格指数达到96.8%,漏播指数小于等于2.0%,重播指数小于等于1.2%,各项指标优于国标要求。     

4MB-6型密植棉秆对行铲拔铺放机改进设计

针对原4MB-6型密植棉秆对行铲拔铺放机田间性能试验中存在的减阻装置壅土严重、对行铲切装置处棉秆堆积、拔秆铺放辊拔秆不连续及有效性差等问题，对该机具进行了改进设计；为进一步提高该机具的作业性能，对其核心工作部件的作业机理进行了分析；对行铲切装置采用原地放垡间隔作业技术，当铲切深度约为115mm时，在1幅宽膜内（2050mm），其底部虚实作业比例为1∶242，地表虚实作业比例为1∶0.59，该比例从地面到底部呈连续递减趋势，有利于降低作业功耗；在铲切作业过程中，在梯形框架带刃口的侧板部分和铲切板的挤压、剪切作用下，棉茬周围土壤被剪切和弯曲破坏、土壤-棉根系复合体产生失效被原位抬升于土壤上层，对其余土壤的扰动较小；齿型推拔辊采用反向推拔作业原理，有利于棉秆导入V形刀齿并进行有效夹持，由于其所起拔的棉秆已被铲切抬升，且入土深度（0~10mm）小，因此进一步减小了整机作业功耗。田间试验表明，改进后的机具整机作业性能稳定，对行铲切装置工作流畅，实现了棉秆对行铲切及原位抬升作业目标，齿型推拔辊能有效抓取棉秆，并进行切向甩抛使得整株棉秆根茬土壤分离、铺放于田间，拔净率为90.87%~91.42%，达到了整秆铲拔的设计要求（拔净率90%以上），是新疆棉区棉秆资源机械化收获的适用设备。     

基于DEM-CFD耦合的文丘里供种管供种均匀性仿真与试验

为研究影响文丘里供种管供种均匀性的机理,运用DEM-CFD耦合仿真方法分析了不同喷嘴口收缩角下,流体场、耦合场、颗粒场的变化规律,得出收缩角为70°时,流场场压变化明显,作用范围合理,耦合场未出现籽粒堆积现象以及颗粒场吹出种子连续均匀速度一致。为探索种子喂入量与气吹风压对文丘里供种管供种均匀性的影响,进行了正交试验,以供种量变异系数为试验指标衡量供种均匀性。由试验结果极差分析得出,影响均匀性的主次因素为种子喂入量、气吹风压。方差分析得出,种子喂入量为极显著因素,气吹风压为显著因素,两者交互项为不显著因素。试验结果表明,在种子喂入量为1.8kg/min,气吹风压为7kPa时均匀性最佳。在排种器转速为136r/min情况下对上述组合进行排种性能试验验证,得出合格指数为92.18%,漏播指数为0,重播指数7.82%,结果表明此种组合下文丘里供种管供种均匀稳定,与理论优化结果基本一致。     

基于DEM-CFD的玉米气吸式排种器种盘设计与试验

针对玉米气吸式排种器高速作业下种子运动十分复杂、难以进行准确分析计算的问题,采用DEM(离散元)和CFD(计算流体力学)耦合的方法,模拟了气吸式排种器工作过程,分析了种子受到的曳力和运动速度,得出不同种子充种能力大小依次为:小扁形、类圆形、大扁形。经过仿真分析,有针对性地选取不易吸附充种的大扁形种子,建立充种过程数学模型,优化种盘型孔凸台高度和型孔凸台角度参数。为了获得排种器的最佳性能参数,以型孔凸台角度、型孔凸台高度、种层高度为试验因素,以排种合格指数、重播指数、漏播指数为试验指标进行三因素二次旋转正交组合试验,并应用Design-Expert 8. 0. 6软件对试验数据进行多元回归分析和响应曲面分析,得到了各因素对指标影响关系。采用多目标优化方法,确定了最佳参数组合:型孔凸台角度为35. 76°,型孔凸台高度为3. 11 mm,种层高度为55. 61 mm,排种合格指数最高。此时,排种器性能指标为:合格指数91. 60%,漏播指数3. 90%,重播指数4. 50%。对优化结果进行验证试验,并与原排种器进行对比,验证结果与优化结果基本一致,且合格指数和漏播指数均优于原排种器,满足玉米精密播种的要求。